بررسي تجربي اثر افزودن نانولوله‌هاي كربني درون مادّه‌ي زمينه، بر رفتار كمانشي ورق‌هاي كامپوزيتي الياف شيشه/ اپوكسي

Effect of adding carbon nanotubes into the matrix material on the buckling behavior of glass/epoxy composite plates: An experimental study

در اين پژوهش، اثر افزودن نانولوله‌هاي كربني به‌عنوان تقويت‌كننده به مادّه‌ي زمينه‌ي پليمري و داراي الياف شيشه بر بار بحراني كمانش ورق‌هاي كامپوزيتي تحت بارگذاري فشاري، به روش تجربي بررسي شده است. ورق‌هاي كامپوزيتي، مستطيل شكل از جنس الياف شيشه/ اپوكسي و تقويت‌شده با 0/25، 0/5، و 1/0 درصد وزني نانولوله‌ي كربني به روش لايه‌گذاري دستي ساخته شده‌اند. اين ورق‌ها در شرايط دوسر گيردار به يك دستگاه يونيورسال هيدروليك اينسترون بسته شد و بار به‌صورت فشاري درون‌صفحه‌اي و تك‌محوري در راستاي طولي به آنها اعمال شد. نتايج نشان داد كه افزودن 0/5 درصد وزني نانولوله‌ي كربني به رزين اپوكسي، بيشترين تأثير را بر بار بحراني كمانش اين ورق‌ها دارد، به‌گونه‌اي كه ورق‌هاي حاوي اين مقدار نانولوله‌ي كربني، بيشتر از دو برابر بار فشاري را نسبت به ورق مشابه بدون نانولوله‌ي كربني تا رسيدن به آستانه‌ي كمانش، مي‌توانند تحمّل كنند. با افزايش درصد وزني نانولوله به يك درصد، به دليل كلوخه‌اي‌شدن نانولوله‌ي ‌كربني درون رزين اپوكسي و كاهش كيفيت پراكندگي نانولوله‌ها، بيشينه نيروي قابل تحمّل سازه، كاهش مي‌يابد. براي راستي‌آزمايي نتايج آزمايش، تحليل كمانش ورق‌هاي كامپوزيتي الياف شيشه/ اپوكسي در نرم‌افزار اجزاي محدود آباكوس انجام شد و بار بحراني كمانش حاصل از نرم‌افزار با نتايج تجربي مقايسه شد و تطابق خوبي به‌دست آمد.

In this research, buckling of polymer matrix composite plates containing unidirectional glass fibers under in-plane pressure load is investigated. Moreover, the effect of adding carbon nanotubes as reinforcement into the matrix material on the critical buckling load of composite plates is studied. Using hand lay-up method, rectangular glass/epoxy composite plates with and without carbon nanotubes were fabricated. 0.25, 0.5 and 1.0 weight percent of carbon nanotubes were added to the epoxy resin and composite plates were subjected to the longitudinal in-plane pressure load. The plates were tested under fix ended boundary conditions utilizing Instron hydraulic universal testing machine. Based on the results, adding 0.5 weight percent of carbon nanotubes has the most influence on the critical buckling load of the plates. Results show that adding 0.5 weight percent of carbon nanotubes into the matrix material increases the critical buckling load of the carbon nanotubes /glass/epoxy plate more than two times with respect to that of glass/epoxy composite plate. Furthermore, when the carbon nanotubes weight percent reaches 1 %, because of carbon nanotubes agglomeration, carbon nanotubes are not dispersed well into the epoxy resin and the critical buckling load of the composite plate decreases. To validate the results, buckling analysis of glass/epoxy composite plate was done in Abaqus finite element software. Finite element models confirm the experimental results obtained.